Ultrason , katı gaz veya sıvı haldeki akışkan ortam vasıtasıyla yayılır mekanik dalga ve elastik vardır. Ultrasonun frekans aralığı 16.000 ila 10.000.000 hertz arasındadır , insan kulağı tarafından algılanamayacak kadar yüksektir , ancak çok yüksek yoğunluklu, odaklanmış bir ultrason akışı insan vücudu tarafından diğer mekanoreseptörler aracılığıyla algılanabilir . Adı frekans için çok yüksek olmasından kaynaklanır sesli için insan kulağı (ses çok tiz olduğu: aralığı frekansları insanlar tarafından sesli 20 ile 20,000 Hz dir Bununla birlikte, bu eşik yaşa göre değişir.) , aynı şekilde infrasound , frekansı insan kulağı tarafından duyulamayacak kadar düşük olan sesleri ifade eder. Frekans insan kulağı tarafından duyulabilir olduğunda, basitçe ses olarak adlandırılır.
Ultrason, tıpta olduğu kadar endüstride de kullanılmaktadır.
Ultrasonik alan, yani ultrasonun bulunduğu frekans aralığı, 16.000 hertz ile 10.000.000 hertz (veya 10 MHz ) arasındadır. Farklı ultrasonları frekanslarına göre sınıflandırabiliriz. İki kategoriye ayrılır. Böylece ayırt ederiz:
Güç ultrasonu da 2 bölüme ayrılmıştır:
Öyleydi Lazzaro Spallanzani , 1794 yılında, ilk ultrason varlığını şüpheli. 1883'te İngiliz fizyolog Francis Galton tarafından keşfedildiler .
1917 yılına kadar, denizaltı karşıtı savaşın gerekliliklerinin etkisi altında, ilk ultrason jeneratörü ortaya çıkmadı. Almanlar , hizmette olan ilk savaş denizaltıları olan U-botlarını İngiltere'nin etrafına yerleştirdiler ve oraya giden herhangi bir gemiyi batırdılar. Daha sonra ASDIC olarak adlandırılan sonar öngörülmüştür. Sistem basittir, ultrasonlar, su tarafından çok az emilen dalgalar denize gönderilir, bir engelle karşılaşırlarsa gemiye geri gönderilir, böylece düşmanın konumu hakkında bilgilendirilir. Ancak bu ultrasonların nasıl üretileceğini henüz bilmiyoruz. Ünlü bir fizikçi olan Fransız mülteci Paul Langevin , 1915'ten beri bu problem üzerinde çalışıyor ve o zamandan beri "Langevin üçlüsü" olarak anılan ilk ultrason jeneratörünü yaratarak bu sorunu çözdü.
Bu dönüştürücünün prensibi, iki (veya dört veya altı) piezoelektrik seramiğin , tahribatlarını önlemek için iki metal kütle arasında sıkıştırılmış ve ön gerilimli birleşimidir . Bu akustik düzeneği, genellikle 20.000 Hz ile 70.000 Hz arasında olabilen önceden tanımlanmış bir frekansta kalibre etmek için iki metal kütle de kullanılır.
Seramiklere uygulanan sinüzoidal bir sinyalin uyarılması altında (birkaç yüz volttan birkaç bin volta kadar), büzülürken deforme olurlar. Üçlü veya akustik düzeneğin frekans ayarı (yaygın olarak dönüştürücü veya verici olarak adlandırılabilen Langevin üçlüsü), harekete geçirilen kütlelerin maksimum yer değiştirmesi ile elektrik tüketimi minimum olduğunda elde edilir. Bunun için üçlüye uygulanan sinyalin elektrik frekansı, mekanik rezonans frekansı ile uyumlu olmalıdır. Basit bir benzetme, tek bir adam tarafından harekete geçirilebilen çok tonlu bir kilise çanına benzetilebilir . Seramikte bu şekilde oluşturulan bu titreşim, iki metalik kütleye iletilir. Metalik kütlelerin yer değiştirmesinin genliği, birkaç mikrondan 20 mikrondan fazla tepe/tepe olabilir. Yer değiştirme, bir yükseltici (bu şekilde oluşturulan titreşim dalgasının yayılmasını hızlandıran mekanik yükseltici) ve aslında bu titreşimin kullanılacağı araç olan bir sonotrot eklenerek artırılabilir . Elde edilen yer değiştirmenin genliği kolayca 100 mikrona ulaşabilir, elektrik verimliliği olağanüstüdür, %95 ila 98'e ulaşabilmektedir. Bu buluş olmadan endüstri bu teknolojiyi kullanamazdı. Davranışları, yayıldıkları çevre ile etkileşimlerinden kaynaklanmaktadır.
Şu anda, yüksek frekanslı alternatif akımlar tarafından taşınan elektrik enerjisinin mekanik enerjiye (mekanik bir sistemin salınımları) dönüştürülmesini kullanarak ultrason üretmek için üç tip emitör kullanılmaktadır.
Bu tür jeneratörün temel unsuru, iki çelik disk arasına yapıştırılmış, kesinlikle aynı yön ve kalınlıkta kuvars lamellerden oluşan bir mozaik olan bir üçlüden oluşur . Bu iki disk, bir alternatif akım kaynağının terminallerine bağlanır. Kuvars pulları daha sonra kendilerine uygulanan voltajla aynı frekansta deforme olur. Cihazın bulunduğu ortama iletilen mekanik titreşimler üretirler. Langevin'in ilk vericileri yaratmak için kullandığı yöntem budur .
Bu emitörler manyetostriksiyon ilkesini kullanır : ferromanyetik gövdeler (örneğin nikel levha tipi ) değişken bir manyetik alana yerleştirilir . Ortam ortamında, genellikle havada iletilen cisimlerin oldukça önemli bir büzülme elde edilmesini mümkün kılar. Bu vericilerin avantajı sağlamlıklarıdır, dezavantajlarıdır, 50.000 Hz'den daha büyük bir frekansta ultrason üretmeyi mümkün kılmazlar .
Bu emitörlerin çalışması manyetostriktif emitörlere yakındır , şu farkla ki, kullanılan gövdeler değişken bir elektrik alanına yerleştirilmiş seramiklerdir . Vücudun boyutları daha sonra değişir ve hava moleküllerinin mekanik bir hareketine neden olur : ultrason.
Ultrason uygulamaları çeşitlidir:
Ultrasonun ilk kullanımı, düşman denizaltı gemilerini tespit etmekti. Bu yöntemin prensibi basittir: ultrasonlar bir engele yansıtılır ve bir yankı üreterek başlangıç noktalarına geri dönerler: dalganın emisyonu ile yankının alınması arasındaki süreyi ve deniz suyundaki ultrasonun hızını bilmek ( yaklaşık 1.500 m/s ), vericiyi engelden ayıran mesafeyi belirlemek kolaydır. Bu yöntem artık sadece askeri değildir ve her türlü engel takibine uyarlanmıştır.
Metalurjide, metallerin gazdan arındırılması, kusurların tespiti , belirli malzemelerin işlenmesi ve kaynaklanması için ultrason kullanılır . Bir ultrason jeneratörünün hareketli kısmına takılan bir matkap, ultrason frekansında ileri geri hareketler gerçekleştirerek delme için kullanılabilir. Son derece sert malzemelerde bile birkaç mikrometre hassasiyet elde edilir.
Ultrason ayrıca belirli sıvıların, özellikle sütün sterilizasyonu , kanalizasyon çamurunun veya endüstriyel kalıntıların homojenizasyonu veya ön arıtımı , maden yataklarının araştırılması, uzaktan kontrol edilen patlayıcıların patlatılması, ahşap fıçılar gibi belirli cisimlerin temizlenmesi için de kullanılır. şarap yapımında veya plastiklerin kaynağında kullanılır.
Eczacılık, otomobil veya saat endüstrisi gibi birçok endüstri de ultrasonu temizlik amacıyla kullanır: böylece çeşitli nesneler, içinde birikmiş veya birikmiş olabilecek herhangi bir yabancı maddeden kurtulmak için ultrasonik banyolara daldırılabilir .
Ultrason, çeşitli durumların tanı ve tedavisinde kullanılır.
Tanı amaçlı olarak, ultrason, bir ultrason ışınının yansıması ve analizi yoluyla yumuşak veya sıvı dolu iç organları araştıran ultrason ve Doppler tarafından kullanılır; bu son teknik, kırmızı kan hücrelerine yansıyan ultrasonları yayan bir prob vasıtasıyla arteriyel ve venöz dolaşımın hızını inceler ve daha sonra aynı prob üzerinde bulunan bir alıcı tarafından toplanır.
Terapötik amaçlar için, yumuşak dokuların (kaslar, bağlar, tendonlar) enfeksiyonlarının semptomatik tedavisinde ultrason kullanılmıştır. Ultrason tedavisi adı verilen bu teknik, teorik olarak lokal dolaşımı iyileştirerek iltihabı azaltmak için yüksek frekanslı dalgalar kullandı. Ancak günümüzde yumuşak doku patolojileri için ultrasonun terapötik bir değeri bulunamamıştır. Ultrason ayrıca litotripsi adı verilen bir teknikle taşları, özellikle de idrar taşlarını dışarıdan kırmak için kullanılır.
İçinde Nisan 2008, teoride doğru ama pratikte olmayan, ultrasona yakın frekanslar yayarak gençleri belirli yerlerden uzak tutmaya yönelik, sadece genç bireyler tarafından algılanabilen bir cihazın Avrupa'da pazarlanmasının ardından tartışma çıktı. Aslında, insan işitmesi , yaşla birlikte tiz sesleri duyma yeteneğini kaybeder. Bununla birlikte, insanlara ve özellikle yaşamın akustik hijyenine göre (çok gürültülü kulaklıklar veya çok gürültülü müzik akşamları işitmeye onarılamaz şekilde zarar verir), yaşlılar bazı gençlerden daha yüksek perdeli sesleri duyabilirler. Süreç, hem etik hem de tıbbi nedenlerle önemli bir muhalefetle karşılaştı ve yasaklanmasını talep eden birçok ses yükseldi.
Köpekler, kediler, bazı kemirgenler veya yarasalar gibi birçok karasal omurgalı hayvan, belirli aralıklarda ultrasonu duyabilir ve / veya iletişim kurmak için kullanabilir. Hayvanlar dünyasındaki ultrason, biyoakustik tarafından inceleniyor , bu da birçok hayvanın insan işitmesinin üst sınırının ötesinde yayılan sesleri kullandığını gösteriyor. Yüksek frekanslar, iletişimde belirli avantajlar ve ekolokasyon gibi olanaklar sağlar .
Bazıları yayabilirler: yarasalar, çevredeki nesnelere yansıyan ve çevrelerini algılamalarını sağlayan ultrason yayarlar (bkz. ekolokasyon ) . Genç fareler, emziren anneleri tarafından yayılan ultrasonları algılar.
Aynı durum , iletişim kurmak ve çevrelerini algılamak için çok yüksek frekanslı sesler kullanan deniz memelileri ( balinalar , yunuslar ) için de geçerlidir.
Uzun bir süre boyunca, ultrasonun üretilmesi ve algılanmasının sadece memelilerde mümkün olduğu düşünülüyordu. 1970'lerde elde edilen verilere göre, Konishi'ye (1973) göre frekansı 12 kHz'i aşan sesleri kuşlar duyamazken , 1980'lerde elde edilen verilere göre amfibiyenlerin işitmesi 5 kHz ile sınırlandırılmıştır (Fay 1988'e göre). veya Loftus-Hills, 1970'e göre 8). Ancak, araştırmacılar daha sonra bir kuş ve anuran amfibilerinin onları algılayabildiğini buldular . Kurbağa içbükey kulaklı sel kurbağası ve gürültülü akarsuların yakınında yaşayan serçe şarkıcısı abroscopus albogularis , şarkı söyleyen harmonik ultrasonlarına uyuyor. Böylece, kurbağa Odorrana tormota , 100 kHz'den fazla ultrason yayabilir ve algılayabilir . Bu özelliği ile keşfedilen ilk memeli olmayan türdür . Erkek kuş ötüşüne benzer şekilde ağlar ve içbükey bir kulak zarı da dahil olmak üzere olağandışı bir kulak anatomisine sahiptir.
Bazı hayvanlarda (örneğin farelerde) beynin, hayvan tarafından algılanan ultrasonların yorumlanmasına ayrılmış bir alana sahip olduğu da gösterilmiştir.
Belirli bağlamlarda istenmeyen türlerin korkutulmasına yönelik çeşitli yöntemler, saçılma belirli bir gücün ötesinde yapıldığında kuşlar için de dahil olmak üzere ultrason saçılımına dayanır. Bazı hayvanlar, bu nedenle ve başka nedenlerle , insanlar tarafından duyulamayan gürültü kirliliğinin kurbanları olabilir . Örneğin, yiyecek arayan yarasaların (belirli bitkilerin döllenmesinde önemli bir rol oynarlar) gürültülü alanlardan kaçındıkları, bu da muhtemelen çiçekleri lekelemede onları rahatsız eden gözlemlenmiştir . Diğer yarasa türleri için gürültü, onların işitsel algılarına (ve özellikle avlarının veya belirli engellerin veya avcıların algılanmasına) müdahale edebilir.